ESCUELA POLITÈCNICA SUPERIOR UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID
Hojas de Problemas de Matemática Discreta
Grado en Ingeniería en Informática
Doble Grado en Ingeniería en Informática y
Administración de Empresas
Curso 2013–2014
Grupo de Modelización, Simulación Numérica y Matemática Industrial
Universidad Carlos III de Madrid Avda. de la Universidad, 30
28911 Leganés
1.
Conjuntos y funciones
Problema 1.1 SeaA={x∈Z : x2
<16}. Decidir la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones: 1. {0,1,2,3} ⊂ A 2. {3,1} ∈A 3. {x∈Z : |x|<4} ⊂A 4. ∅⊂A 5. 3∈A 6. {3} ∈A 7. A⊂ {−3,−2,−1,0,1,2,3} 8. A={−3,−2,−1,0,1,−1,2,−2,3,−3}
Problema 1.2 Demostrar que se verifican las siguientes igualdades: 1. A∪(A∩B) =A∩(A∪B) =A 2. (A∪B)\C = (A\C)∪(B\C) 3. A\(B∪C) = (A\B)\C 4. (A△B)△C =A△(B△C) 5. A\B =A△(A∩B) 6. (A△B) = A△B =A△B
Problema 1.3 Simplificar las expresiones 1. [B∩(A∪C)∩D]∪[(A∪B)∩B]
2. ([(A∪B)∩C]∪B)
Problema 1.4 Decir si son inyectivas las aplicaciones f, g: R→R definidas por f(x) = ( 2x si x≥0, −2x−1 si x <0., g(x) = ( 3x+ 1 six≥0, 2x six <0.
Problema 1.5 Calcular, si es posible, la inversa de la funciónF: R\ {−1/2} →R\ {1/2},
definida como
F(x) = x+ 3 1 + 2x.
Problema 1.6 Se consideran las siguientes dos funciones de R: la primera función, ⌊·⌋,
asigna a cada número x ∈ R el mayor entero que es menor o igual que x. La segunda
1. Calcular
⌊1/2⌋, ⌈1/2⌉, ⌊−1/2⌋, ⌈−1/2⌉, ⌊π⌋, ⌈π⌉, ⌊1/2 +⌈1/2⌉⌋, ⌈⌊1/2⌋+⌈1/2⌉+ 1/2⌉
2. Dibujar las gráficas de ambas funciones.
3. En cierto protocolo de comunicaciones los datos se transmiten en paquetes de 53bytes. ¿Cuántos paquetes se pueden transmitir en un minuto a través de una conexión que transmite datos a una velocidad de 500 Kilobits por segundo?
Indicación: Cada byte está compuesto por 8 bits.
Problema 1.7 Determinar si cada una de las siguientes funciones f : A→ B es inyectiva, sobreyectiva, biyectiva o nada.
1. A6=∅,B =P(A), f(a) = {a}.
2. A=B =P({a, b, c, d}), f(X) = X.
3. A=B =P({a, b, c, d}), f(X) = X∪ {a, b}. 4. A=B =P({a, b, c, d}), f(X) = X∩ {a, b}.
Problema 1.8 ¿Cuál es el cociente y el resto cuando 1. 44 se divide entre 8?
2. 19 se divide entre 7? 3. −1 se divide entre 3? 4. −123 se divide entre 19? 5. −100 se divide entre -101?
Problema 1.9 Encontrar el máximo común divisor y el mínimo común múltiplo de 500 y 120 mediante la factorización de ambos en números primos.
2.
Combinatoria básica I
Problema 2.1 Los ordenadores representan la información mediante unidades de informa-ción llamadasbits. Un bit tiene dos valores posibles:0ó1. Una cadena de bitsde longitud
n es una sucesión de bits b1b2b3. . . bn de n bits.
1. ¿Cuántas cadenas de bits de longitud 8hay?
2. ¿Cuántas cadenas de bits de longitud 10empiezan y terminan con 1? 3. ¿Cuántas cadenas de bits tienen longitud menor o igual que 6?
4. ¿Cuántas cadenas de bits de longitud menor o igual que n∈N están formadas
5. ¿Cuántas cadenas de bits de longitud 10contienen al menos tres ceros y tres unos? 6. ¿Cuántas cadenas de bits de longitud 7 o bien empiezan por dos ceros o bien acaban
por tres unos?
7. Un palíndromo es una cadena de bits que al invertirse es idéntica a sí misma (por ejemplo 0010110100). ¿Cuántas cadenas de bits de longitud n son palíndromos?
Problema 2.2 ¿De cuántas maneras puede el fotógrafo de una boda disponer en fila a 6
personas de un grupo de 10 invitados, entre los cuales están el novio y la novia, si 1. la novia tiene que estar en la foto?
2. tanto el novio como la novia tienen que estar en la foto?
3. exactamente uno de los dos (novio/a) tiene que estar en la foto? 4. el novio y la novia están en la foto y deben aparecer juntos?
5. el novio y la novia están en la foto y deben aparecer en posiciones separadas?
6. el novio y la novia están en la foto y la novia debe aparecer a la izquierda del novio?
Problema 2.3 Encontrar cuántos números de cinco dígitos se pueden formar con el conjunto
{1,2,3}tales que aparezcan los tres dígitos (es decir, que cada dígito aparezca al menos una vez).
Problema 2.4 Encontrar el número de palabras de tres letras que se pueden formar con el conjunto de diez letras {A, B, . . . , J} tales que todas las letras sean diferentes y además aparezcan en orden alfabético?
Problema 2.5 Un barco dispone de12banderas distintas y puede izar hasta 3en su mástil de señales para indicar alguna circunstancia del barco.
¿Cuántos estados diferentes pueden describirse?
¿Cuántos estados diferentes pueden describirse si el barco dispone de 3 juegos iguales de banderas?
Problema 2.6 Encontrar el número de maneras de colocar tres A’s y siete B’s de manera que no haya dos A’s consecutivas.
Problema 2.7 ¿Cuántas trayectorias posibles hay en el espacio tridimensional uniendo los puntos (−1,2,0) y (1,3,7)si sólo se admiten movimientos de longitud 1 en la dirección de los ejes? Es decir, cada trayectoria está compuesta por movimientos de los siguientes tipos:
(H) (x, y, z)→(x+ 1, y, z), (V) (x, y, z)→(x, y+ 1, z), (L) (x, y, z)→(x, y, z+ 1).
3.
Teoría de Grafos I
Problema 3.1 Sea V el conjunto de aquellas palabras de dos letras construidas sobre el alfabeto {w, x, y, z} cuya primera letra es y ó z. Se define el grafo G= (V, A)de forma que dos palabras de V determinan una arista de A si difieren exactamente en una letra.
1. ¿Cuántos vértices tiene G? 2. Dibujar el grafo G.
3. Demostrar que G es regular y calcular su grado. 4. Estudiar si G es bipartito.
Problema 3.2 Si un grafoGy su complementarioGtienen respectivamente20y25aristas, ¿cuántos vértices tiene G?
Problema 3.3 Calcular el número de vértices de los grafos simples conexos G cuando 1. G es un grafo regular de grado 2 con 9 aristas
2. G es un grafo regular de 6 aristas
3. G tiene 10 aristas, 2 vértices de grado cuatro y el resto de grado 3.
Problema 3.4 Sea Kn el grafo completo de n vértices.
Dibujar K1, K2, K3, K4 y K5.
¿Cuál es el grado de los vértices de Kn?
¿Cuántas aristas tiene Kn?
Demostrar que Kn es un subgrafo de Km para todo n < m.
Problema 3.5 ¿Para qué valores de n ≥3son bipartitos Kn, Pn,Qn y Cn?
Problema 3.6 Demostrar que en cualquier grafo simple sin vértices aislados hay al menos dos vértices del mismo grado.
Problema 3.7 Hallar el mínimo número posible de vértices de un grafo con siete aristas si cada vértice tiene a lo sumo grado 3.
Problema 3.8 Escribir las matrices de adyacencia A1 y A2 de los grafos de la figura, y
probar que estos son isomorfos encontrando una matriz de permutación P que verifique
A2 =P
−1
v2 v3 u3
v1 v4 u1 u2
u4
G1 G2
Problema 3.9 En el grafo Gde la figura
c b
e a d
se consideran los recorridos 1. C1 = (a, e, b, c, b)
2. C2 = (e, b, a, d, b, e)
3. C3 = (a, e, a, d, b, c, a)
4. C4 = (c, b, d, a, e, c)
Determinar cuáles son caminos, ciclos o circuitos y hallar sus longitudes.
4.
Teoría de Grafos II
Problema 4.1 Sea Kn el grafo completo de n vértices.
1. ¿Cuántos ciclos de longitud tres contiene Kn?
2. ¿A cuántos triángulos pertenece cada arista de Kn?
Problema 4.2 Demostrar que las parafinasCnH2n+2tienen moléculas de tipo árbol [Arthur
Caley, 1857].
Problema 4.3 Demostrar que si en un árbol con raíz todos los vértices que no son hojas tienen grado tres, entonces el árbol tiene un número par de vértices
Problema 4.4 Demostrar que no existe ningún grafo plano conexo tal que todo vértice tenga grado al menos ocho, y toda cara esté limitada al menos por ocho aristas.
Problema 4.5 Sean dos grafos conexos G y G′
. G es un grafo plano de 10 vértices que divide el plano en 3 regiones y G′
es un grafo de 10 vértices todos ellos de grado mayor o igual que 3. Explicar razonadamente si G y G′
pueden o no ser isomorfos.
Problema 4.6 Dar un ejemplo, si es que existe, de 1. grafo regular y bipartito
2. grafo regular de grado 3 con 9 vértices
3. grafo de n vértices con (n−1)(n−2)/2 aristas 4. multigrafo conexo regular de grado 4
5. grafo isomorfo a su complementario 6. grafo isomorfo a su dual.
Problema 4.7 ¿Cuántos árboles tiene un bosque de62 vértices y 51aristas?
Problema 4.8 Sea el conjunto X ={A, B, C}. Definimos el grafo simple G= (V, E) de la siguiente manera: el conjunto de vértices está formado por los subconjuntos deX(V =P(X)) y dos vértices R, S ∈V son adyacentes si y sólo si R ⊂S ó S ⊂R.
¿Cuántos vértices y aristas tiene G?
¿Cuál es el grado de los distintos vértices de G? ¿Es regular? Razonar si G es planar o no.
¿Es G bipartito?
Problema 4.9 Demuestra que siG= (V, E) es un grafo simple y
|E| > |V| −1 2 , entonces G es conexo.
Problema 4.10 Si el grado medio de un grafo conexo es mayor que2, demostrar que existen dos ciclos independientes.
Problema 4.11 Sea G= (V, E)un grafo cuya matriz de adyacencia AG está dada por
AG = 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 .
Contestar a las siguientes preguntas usando argumentos basados únicamente en la matriz
AG (y sin usar la representación gráfica deG que se puede obtener de AG):
a) Decir si G es un pseudo-grafo, multi-grafo o un grafo simple. b) Decir el número de vértices y aristas deG.
c) ¿Es G un grafo regular? Si lo es, decir el grado común de todos los vértices; en caso contrario, dar la secuencia de grados de G.
d) Sean i6=j dos vértices distintos de G (i, j ∈ V). Sea nij el número de caminos de i a
j de longitud 3. Encontrar los posibles valores de nij en G.
e) ¿Cuál es el ciclo de menor longitud en G?
5.
Teoría de Grafos III
Problema 5.1 Sea el grafo G= (V, E) definido por la siguiente matriz de adyacencia
AG = 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 .
1. ¿Es bipartito? ¿Es planar?
2. Encontrar, si es posible, un árbol generador.
Problema 5.2 Estudiar si el siguiente grafo admite un árbol recubridor de peso menor o igual que 12 g a f h b e d c 2 4 2 2 3 3 3 5 6 5 1 1 2 7 7
Problema 5.3 Dado el siguiente grafo dirigido: C F A D G B E 50 10 20 30 6 35 8 12 23 19 12 40
1. Encontrar el camino más corto para ir de A aG
2. Encontrar el camino más corto para ir de A a G, suponiendo que los arcos CB y EF
no están dirigidos, es decir, se pueden recorrer en cualquier sentido.
Problema 5.4 En el grafo ponderado de la figura calcular las distancias d(a, h), d(a, e),
d(d, a), d(d, g)y d(b, e). a f b g h e c d 8 9 4 7 9 4 6 8 5 3 6 4 10 7 5
Problema 5.5 Sea V = {A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M} el conjunto de vértices del grafo ponderado G = (V, E) cuya matriz de pesos se adjunta a continuación (por ejemplo
V A B C D E F G H I J K L M A · 5 · · 7 14 · · · · · · · B 5 · 7 · 1 · 2 · · · · · · C · 7 · 10 · · 6 6 · · · · · D · · 10 · · · · 4 · · · · · E 7 1 · · · 4 · · · · · · · F 14 · · · 4 · 8 · 6 4 · · · G · 2 6 · · 8 · 7 6 4 · · · H · · 6 4 · · 7 · · · 1 2 · I · · · · · 6 6 · · · · · · J · · · · · 4 4 · · · 11 13 · K · · · · · · · 1 · 11 · · 2 L · · · · · · · 2 · 13 · · 5 M · · · · · · · · · · 2 5 ·
1. Determina un camino de ‘peso’ (o ‘longitud’) mínimo que una el vértice Acon el vértice
M. Calcula el peso total de dicho camino.
2. Encuentra un árbol generador de peso mínimo e indica su peso.
Problema 5.6 Sea G = (V, E, ω) el siguiente grafo ponderado (con el peso de la arista
{F, H}igual a x∈R): A B E C F H D G 1 2 3 2 2 4 5 5 3 5 4 5 x
Calcular el intervalo con los valores posibles del peso x ∈ R para que el camino de
longitud mínima que parte de A y llega aH pase por la arista {F, H}.
Problema 5.7 Un constructor está planificando una nueva urbanización compuesta por 9 chalets individuales y ahora quiere diseñar el abastecimiento de agua. Como sabe algunas nociones de la teoría de grafos, define un grafo ponderado G= (V, E, ω), dónde los vértices
V ={A, B, C, D, E, F, G, H, I}corresponden a los chalets; dos vértices son adyacentes si los correspondientes chalets se pueden conectar con una tubería para el agua y el peso de cada arista es el coste (en miles de euros) de colocar la tubería correspondiente. El grafo G viene dado por:
A B C D E F G H I 5 6 6 5 7 8 4 6 5 3 7 5
Si el constructor coloca la toma principal de agua en el chalet A, calcula, usando el algoritmo de Dijsktra, el coste mínimo para hacer llegar el agua al chalet I (que es donde él vivirá). Calcular también el coste total del árbol generador conraízen Aque conecta este chalet con el resto de manera que el coste de la tubería que conectaA con cada chalet sea mínimo.
El resto de vecinos, cuando se enteran de esta idea, se quejan del precio de esta posible instalación. Ellos prefieren colocar las tuberías usando un árbol generador de coste mínimo. Encuentra uno de éstos subgrafos usando el algoritmo de Prim y calcula el coste total de esta instalación alternativa.
6.
Teoría de Grafos IV
Problema 6.1 Sea el siguiente grafo ponderado G y sea H el grafo simple resultante de eliminar los pesos de G.
f g e 2 a 1 b 3 c 5 d 2 5 2 2 3 1
1. Encontrar un árbol recubridor mínimo de G.
2. Estudiar si H es o no bipartito y, en caso afirmativo, dar dos conjuntos de vértices que lo demuestre.
3. Estudiar la existencia de circuitos o caminos eulerianos y de ciclos o caminos hamilto-nianos.
4. Encontrar un grafo con la misma secuencia de grados que H, pero que no sea isomorfo a H, y explicar por qué no es isomorfo.
Problema 6.2 Estudiar si son eulerianos, semi-eulerianos, hamiltonianos o semi-hamiltonianos los siguientes grafos:
5 0 1 2 3 4 a b c d e f g h 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Problema 6.3 Determinar si el siguiente grafo admite un circuito o un recorrido euleriano y encontrarlo (si es que existe).
a b c
d
e f
g
h i
Problema 6.4 En un festival de cine compiten seis películas en el día inaugural. Las pe-lículas 1, 3 y 5 son dramas, las pepe-lículas 2, 4 y 6 son comedias, las pepe-lículas 3 y 4 son independientes, mientras que las películas 5 y 6 son de Hollywood. Cada película dura dos horas. ¿Cuál es el número mínimo de horas que se necesitan para proyectar todas las pelí-culas de tal modo que las pelípelí-culas del mismo tipo no solapen?
Nota:Este problema hay que hacerlo usando técnicas de Teoría de Grafos.
Problema 6.5 Dado un conjunto de intervalos de la recta real se puede construir un grafo asociado, llamadografo de intervalos, de la siguiente manera: cada intervalo es un vértice del grafo y dos vértices son adyacentes si y sólo si los intervalos correspondientes tienen intersección no vacía.
1. Calcular el grafo de intervalos Gasociado al conjunto de intervalos
{(1,9),(7,8),(0,3),(4,10),(2,6),(5,11)}
2. Analizar razonadamente si el grafoGes hamiltoniano, euleriano y bipartito. Construir, en caso de que existan, un circuito o recorrido euleriano y un ciclo hamiltoniano para el grafo.
Problema 6.6 Encontrar ejemplos de grafos simples G que satisfagan las siguientes con-diciones:
G tiene 7 vértices, es hamiltoniano y es euleriano.
Gtiene 8 vértices, es hamiltoniano y euleriano y el ciclo hamiltoniano no coincide con el circuito eulerano (y viceversa).
G tiene 7 vértices, es hamiltoniano, no es euleriano y no tiene ninguna arista puente.
G tiene 7 vértices, no es hamiltoniano y es euleriano.
G tiene 7 vértices, es hamiltoniano, no es euleriano y es bipartito.
Problema 6.7 Sea el grafo G= (V, E) definido por la siguiente matriz de adyacencia
AG = 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 .
1. ¿Es bipartito? ¿Es planar?
2. Encontrar su número cromático mediante el uso de algún algoritmo de teoría de grafos. 3. Encontrar, si es posible, un árbol generador.
4. ¿Es Gsemi-euleriano? ¿Cuál es el número mínimo de aristas que necesitamos añadir a
G para que sea euleriano?
7.
Combinatoria básica II
Problema 7.1 Se tiene 4 pelotas de golf y 10 cajas distintas. Hallar de cuántas maneras distintas pueden distribuirse las pelotas en las cajas si
1. todas las pelotas son distintas y en ninguna caja cabe más de una pelota. 2. las pelotas son indistinguibles y en ninguna caja cabe más de una pelota.
3. las pelotas son indistinguibles y en cada caja caben cuantas se deseen. 4. todas las pelotas son distintas y en cada caja caben cuantas se deseen.
Problema 7.2 Si se lanzan simultáneamente 6 dados iguales, ¿cuántos resultados son po-sibles?
Problema 7.3 Encontrar el número de subconjuntos de cuatro elementos tomados del con-junto {1,2,3, . . . ,15} que no contienen enteros consecutivos.
Problema 7.4 Encontrar el número de subconjuntos de p elementos tomados de un con-junto de n elementos {a1, a2, ..., an}de manera que no contiene elementos consecutivos.
Problema 7.5 ¿De cuántas maneras se pueden colocar en fila a bolas blancas y b bolas negras de manera que haya k+ 1 rachas de bolas negras?
Problema 7.6 ¿Cuántas soluciones hay de la ecuaciónx1+x2+x3 = 17 en el conjunto de
los enteros no negativos Z+?
Problema 7.7 ¿Cuántas soluciones hay de la ecuaciónx1+x2+x3 = 17 en el conjunto de
los naturales?
Problema 7.8 ¿Cuántas soluciones hay de la ecuación x1 + x2 +x3 = 17 si cada xi ∈ {0,1,2,3,4,5,6}?
Problema 7.9 ¿De cuántas formas se pueden elegir 25 objetos de entre siete categorías distintas, habiendo siempre entre 2 y 6 de cada categoría?
Problema 7.10
1. Ocho personas van a cenar y en la carta hay cuatro postres diferentes. ¿Cuántos pedidos diferentes puede tener el camarero?
2. ¿Cuántas soluciones con xi ∈N existen de la ecuación
x1+x2+x3+. . .+xn = r?
3. ¿Cuántas soluciones naturales existen de la ecuación
x1+x2+x3+. . .+xn = 21
bajo la restricción x1 >1?
Problema 7.11 Una empresa de ventas tiene que inspeccionar las ventas en 20 ciudades. Se destinan para ello5miembros del personal, cada uno de los cuales supervisará4ciudades.
1. ¿De cuántas maneras se pueden agrupar las ciudades en cinco grupos de cuatro? 2. ¿De cuántas maneras se pueden asignar las ciudades a los inspectores?
8.
Relaciones de recurrencia
Problema 8.1 Para cadan ∈Nse considera un conjunto denrectas contenidas en el plano
que cumplen las siguientes propiedades
P1. Ningún par de rectas del conjunto son paralelas
P2. Por cada punto de intersección sólo pasan dos rectas de dicho conjunto.
SiSn es el número de regiones del plano que definenn rectas con las propiedades anteriores:
Encontrar la relación de recurrencia paraSn.
Resolverla.
Problema 8.2 Se consideran las cadenas de 10 dígitos formadas con 0, 1, y 2, repitiendo cada uno tantas veces como se quiera. ¿Cuántas de esas cadenas serán tales que la suma de sus 10 dígitos sea par?
Problema 8.3 Al resolver un problema, diremos que nos encontramos en la n-sima fase si nos faltan n pasos para encontrar la solución. Supongamos que en cada fase, se tienen 5 opciones. Dos de ellas conducen a la (n −1)-sima fase, mientras que las otras tres son mejores en el sentido de que conducen directamente a la(n−2)-sima fase. Supongamos que
an denota de cuántas maneras se puede alcanzar la solución desde la n-sima fase. Sia1 = 2,
comprobar quea2 = 7 y obtener una relación de recurrencia para an. Deducir que
an= 1 4 3n+1 + (−1)n .
Problema 8.4 Calcular el número de cadenas de bits de longitudn ≥1 que no tengan dos ceros consecutivos.
Problema 8.5 Existen 3n secuencias de longitud n formadas por {0,1,2}. Calcular el
nú-mero de ellas que tienen un núnú-mero impar de ceros.
an = an−1+ 3n
−1
, n ≥1, a1 = 1. Problema 8.6 Resolver la ecuación:
an = 4an−1−4an−2, n ≥3, a1 =a2 = 1.
Problema 8.7 Seaanel número de cadenas de longitud n que puedo formar con los dígitos {0,1,2} de manera que no haya dos 1’s ó dos 2’s seguidos.
1. Demostrar que an = 2an−1+an−2, n ≥3.
2. Encontrar una expresión explícita para an.
Problema 8.8 Resolver la ecuación:
an = −an−1+ 3·2n
−1
Problema 8.9 Sea el siguiente algoritmo recursivo para calcular la exponencial an con n∈N: procedure exp1(a,n) if (n= 1) return a else m = floor(n/2)
return exp1(a,m) ⋆ exp1(a,n-m)
Sea bn el número de multiplicaciones necesario para calcular an:
Calcular b1,b2, b3 y b4.
Encontrar una relación de recurrencia para {bn}.
Resolver la recurrencia cuando n es una potencia de 2. Probar que bn=n−1 para todon ∈N.
9.
Funciones generatrices
Problema 9.1 Encontrar el número de soluciones de la ecuación lineal
x1+x2+x3 = 17,
si las variables están sujetas a las condiciones
xi ∈ {0,1,2, . . . ,6}.
x1, x2 ∈2Nson pares y x3 ≥0es impar.
xi son impares no negativos.
Problema 9.2 Resolver las siguientes ecuaciones de recurrencia usando funciones genera-trices: 1. an+1−an= 3n, n≥0, a0 = 1. 2. an+1−an=n2,n ≥0,a0 = 1. 3. an−an−1 = 5n −1 , n ≥1, a0 = 1. 4. an+2−3an+1+ 2an= 0, n≥0,a0 = 1, a1 = 6. 5. an+2−2an+1+an = 2n, n ≥1, a0 = 1, a1 = 2.
Problema 9.3 Demostrar que dado un entero N el número departiciones deN en enteros
distintoscoincide con el número de particiones de N en enteros impares.
Ejemplo: el enteroN = 4tiene dos particiones en enteros distintos (3+1y4) y dos particiones en enteros impares (1 + 1 + 1 + 1 y3 + 1). El enteroN = 6 tiene cuatro particiones en enteros distintos (1+2+3,2+4,1+5y6) y cuatro particiones en enteros impares (1+1+1+1+1+1,
Problema 9.4 Encontrar una ecuación que satisfaga la función generatriz F que resuelve la siguiente ecuación de recurrencia con coeficientes variables:
n an = 2(an−1+an−2), n ≥2, a0 =e , a1 = 2e .
Ayuda: La ecuación puede involucrar derivadas de F.
Problema 9.5 Encontrar el número de soluciones enteras de la ecuación
x1+x2+x3 = N ,
con xi ≥0 y usando funciones generatrices.
10.
Teoría de grafos V
Problema 10.1 Sea el grafo Gn con 2(n+ 1) vértices
. . .
. . .
v0 v1 v2 vn−1 vn
u0 u1 u2 un−1 un
¿Es Gn bipartito? ¿Es planar?
Unemparejamiento completo o perfectode un grafo con2nvértices es un subgrafo generador formado por n aristas disjuntas. Calcular el número de emparejamientos completos deGn.
• Demostrar que satisface: an=an−1+ 2an−2 para n ≥3 con a1 = 3 y a2 = 5.
• Resolver la recurrencia y probar que an= 13[2
n+2
+ (−1)n+1
].
Problema 10.2 Encontrar el polinomio cromático PCn de un ciclo de n vértices:
Encontrar la relación de recurrencia que satisfacePCn usando el teorema de
contracción-borrado.
Resolver dicha relación de recurrencia.
Problema 10.3 Encontrar el polinomio cromático PG del grafo G definido de la siguiente
Problema 10.4 Tenemos un pasillo de tamaño n×4 y queremos cubrirlo con losetas de tamaños4×1 y4×3de manera que el pasillo quede completamente cubierto de losetas sin que solapen en ningún punto. Cada tipo de loseta se puede poner de dos maneras distintas: horizontal y verticalmente. n 4 Pasillo de tamaño n×4 1 4 Loseta de tamaño 4×1 1 4 Loseta de tamaño 4×3
Sea an el número de maneras distintas de cubrir un pasillo de longitud n≥1con losetas
de las formas anteriores.
Encontrar una ecuación de recurrencia para an y las condiciones iniciales para poder
resolverla. Nota: ¡no tenéis que resolver esta ecuación de recurrencia! Resolver la relación de recurrencia
an = 4an−1−4an−2+ 3×2n, n ≥2,
con condiciones iniciales a0 = 1/2and a1 = 6.
Problema 10.5 Encontrar el polinomio cromático PG del grafo G definido de la siguiente
11.
Relaciones binarias de equivalencia
Problema 11.1 Sean A ⊆ Rn y B ⊆ R dos conjuntos y f: A → B una función real.
Demostrar que la relación binaria definida en A según la regla
aRb ⇔ f(a) = f(b), a,b ∈A⊆Rn,
es de equivalencia para cualquier f. ¿Cuál es conjunto cociente A/R?
Problema 11.2 En el conjunto A ={6,10,12,18,21,40,441,1323}se define la relación
xRy ⇔ x e y tienen los mismos divisores primos.
Hacer una de estas dos cosas, según proceda: (a) si Res de equivalencia, hallar las clases de equivalencia; (b) si no es de equivalencia, decir qué propiedades no cumple.
Problema 11.3 Sea A un conjunto y B ⊂A un subconjunto fijo. Se considera el conjunto
P(A) y en él se define la relación
XRY ⇔ X∩B = Y ∩B
entre dos subconjuntos cualesquiera X,Y de A. 1. Demostrar que R es de equivalencia.
2. Calcular el conjunto cociente y verificar que existe una biyección entre éste y P(B).
Problema 11.4 Sea la relaciónRdefinida sobre N×N de manera que(a, b)R(c, d)si y sólo
sia+b=c+d. Demostrar queR es una relación de equivalencia y que existe una biyección entre el conjunto cociente (N×N)/R y N\ {1}.
Problema 11.5 En el conjunto A={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15}se considera la relación aRb si y sólo si ⌊√a⌋=⌊√b⌋. Probar que es una relación de equivalencia, hallar las clases de equivalencia y el conjunto cociente.
Problema 11.6 En R2 =R×(R\ {0})se define la relación
(a, b)R(c, d) ⇔ ad=bc
Demostrar que una relación de equivalencia y obtener el conjunto cociente R2/R.
Problema 11.7 Una relaciónRdefinida en un conjuntoAse dice que escircularsi verifica
aRb y bRc ⇒ cRa .
Demostrar que una relación es de equivalencia si y sólo si es circular y reflexiva.
Problema 11.8 Una relación R sobre un conjunto A recibe el nombre de débilmente transitiva si para todos los elementos a, b, c, d ∈ A, las relaciones aRb, bRc, y cRd impli-can aRd. Una de las siguientes afirmaciones es falsa y la otra es cierta. Establecer cuál es verdadera y cuál falsa (demostrar la verdadera, y argumentar por qué la otra es falsa).
1. Toda relación simétrica y débilmente transitiva es transitiva.
2. Toda relación reflexiva, simétrica y débilmente transitiva es relación de equivalencia.
Problema 11.9 La matriz de adyacencia de una relación R viene dada por
AR = 1 0 1 0 1 b 1 a c ,
donde a, b, c = 0,1. ¿Qué condiciones deben satisfacer a, b y c para que R sea una relación de equivalencia?
12.
Aritmética modular
Problema 12.1 Dados a = 92 y b = 84, usar el algoritmo de Euclides para obtener d = mcd(a, b), así como valores x, y ∈Z tales que ax+by =d.
Problema 12.2 El producto de dos números naturales es 1260 y su mínimo común múltiplo es 630. ¿De qué números se trata?
Problema 12.3 ¿Cuantos divisores positivos tiene el número29338848000 = 28
·35
·53
·73
·11? ¿Cuántos son múltiplos de 99? ¿Y de 39?
Problema 12.4 Demostrar que log23 es un número irracional. Problema 12.5 Demostrar que 101 es un número primo.
Problema 12.6 Demostrar que 6|a(a+ 1)(2a+ 1).
Problema 12.7 Resolver las siguientes ecuaciones de congruencia: 1. 3x≡5 (m´od 13).
2. 8x≡2 (m´od 10). 3. 5x≡7 (m´od 15). 4. 3x≡9 (m´od 15).
Problema 12.8 Encontrar el resto de dividir 268
entre 19.
Problema 12.9 Demostrar que 30|(a25
−a) para todo a∈Z.
Problema 12.10 Calcular los dos últimos dígitos de 31492
.
13.
Relaciones de orden
Problema 13.1 Dada la matriz de una relación R en un conjunto A,
1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 .
1. Hallar Dom(R) eIm(R). 2. Calcular su diagrama de Hasse.
3. Hallar un orden total que contenga a R.
Problema 13.2 Sea A={0,1,2} × {2,5,8}y sea en él la relación de orden (a, b)R(c, d)⇔ (a+b)|(c+d). ¿Cuáles son los elementos maximales, minimales, máximo y mínimo de A?
Problema 13.3 En R2
se considera la relación de orden
(a, b)R(c, d) ⇔ a≤c y b≤d .
Hallar, justificando la respuesta, los elementos maximales y minimales, supremo e ínfimo del conjunto
C = {(x, y)∈R2 : x2+y2 = 1}.
Problema 13.4 Sea A={n ∈Z : 2≤n ≤12}. Sea en Ala relación de ordenR dada por nRm⇔ n divide exactamente a m, ó n es primo yn ≤m .
Decir sus elementos maximales, minimales, máximo y mínimo.
Problema 13.5 Se consideran las dos relaciones binarias en el conjunto N={1,2,3, ...}de
los números naturales
aR1b ⇔ ∃n ∈N tal que a=bn,
aR2b ⇔ ∃n ∈N∪ {0} tal que a=bn.
1. Demostrar que R1 es una relación de orden. ¿Lo es también R2? ¿Es R1 un orden
total?
2. Hallar, justificando la respuesta, el diagrama de Hasse de cada una de las dos relaciones sobre el conjunto
A={n ∈N : 1≤n ≤9}.
3. Hallar, para cada una de las relaciones, los elementos maximales y minimales de A, sus cotas superiores e inferiores enN, así como el supremo y el ínfimo de A, en caso de
que existan.
1. Si A es el conjunto de los subgrafos generadores de C4:
A = {G= (V4, E)|E ⊆E4},
¿cuánto vale el cardinal de A?
2. Sobre el conjunto A definimos la siguiente relación de equivalencia R: si G1, G2 ∈A,
G1RG2 ⇔ G1 es isomorfo a G2.
Encontrar las clases de equivalencia [G]R y el conjunto cociente C =A/R.
3. Sobre el conjunto cociente C definimos la siguiente relación de orden :
[A]R [B]R ⇔ ∃ grafosG1 = (V4, E1)∈[A]R y G2 = (V4, E2)∈[B]R tales queE1 ⊆E2.
Encontrar el diagrama de Hasse del conjunto(C,). ¿Es(C,)un conjunto totalmente ordenado?
4. Sea Z ⊂ C el subconjunto de C formado por las clases que contengan al menos un representante con dos aristas. Calcular sup(Z) e´ınf(Z).
Problema 13.7 Probar que para todo n∈N se tiene que
3 | 4n −1
.
Problema 13.8 Un polígono es convexo si, para dos puntos cualesquiera del mismo, el segmento que definen está totalmente contenido en el polígono. Demostrar que la suma de los ángulos interiores de un polígono convexo de n≥3 lados es(n−2)π.
Problema 13.9 Probar que 1 + 2n<3n para todon ≥2.
Problema 13.10 Dado un grafoG, demostrar que el número de vértices de grado impar es par usando inducción.
14.
Retículos y álgebras de Boole
Problema 14.1 En R2 se considera la siguiente relación R:
(x, y)R(z, t) ⇔ x2
+y2
= z2
+t2
.
1. Demostrar que R es una relación de equivalencia, encontrar las clases de equivalencia y encontrar el conjunto cociente R2
/R. 2. En el conjunto cociente R2
/R se define la relación de la manera siguiente
[(x, y)]R [(z, w)]R ⇔ x 2 +y2 ≤ z2 +w2 .
Demostrar que esta relación está bien definida; es decir, que es independiente de los representantes escogidos para cada clase.
4. Demostrar que (R2
/R,) es un retículo.
Problema 14.2 ¿Cuáles de los siguientes subconjuntos de N son retículos con respecto al
orden xy⇔x|y? 1. {5,10,15,30}. 2. {2,3,5,6,10,30}. 3. {1,2,3,4,6,9}. 4. {1,3,7,15,21,105}.
Problema 14.3 Demostrar que el conjunto parcialmente ordenado(N,|)con las operaciones
sup(a, b) = mcm(a, b) e´ınf(a, b) = mcd(a, b) es un retículo distributivo. ¿Es un álgebra de Boole?
Problema 14.4 Dado el conjuntoA={a, b, c}encontrar el diagrama de Hasse del conjunto parcialmente ordenado (P(A),⊆). Demostrar que además (P(A),⊆) es un retículo.
1. Encontrar un subretículo no trivial de este retículo.
Se tiene que el conjunto (P(A),∪,∩,\,∅, A) es un álgebra de Boole. Decir si los siguientes
subconjuntos Si ⊆ P(A) son álgebras de Boole, subálgebras de Boole del álgebra anterior o
ninguna de ambas.
2. S1 ={∅,{a, c},{b}, A}.
3. S2 ={{a, c},{c},{a}, A}.
4. S3 ={∅,{b, c},{c},{b}}.
5. S4 ={∅,{a, c},{b, c}, A}.
Problema 14.5 Sea el conjunto A={1,2} × {1,2,4,3,12}. Sobre él definimos la siguiente relación de orden:
(x, y)R(u, w) ⇔ x < u, ó (x=uand y |w).
Encontrar su diagrama de Hasse. Demostrar que (A,R) es un retículo.
¿Es (A,R)un retículo acotado? En caso afirmativo, decir cuáles son los elementos1 y
0de dicho retículo.
